【手続補正書】
【提出日】平成18年9月27日(2006.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
２つの強磁性層を含む自由層と、２つの強磁性層を含む固定層と、１つの強磁性層からなり前記自由層と前記固定層との間に設けられる１又は２以上のナノ接合部とを有し、前記ナノ接合部で連結される自由層と固定層との間隔が平均自由行程以下であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記第１の目的を達成する本発明の磁気抵抗効果素子は、２つの強磁性層を含む自由層と、２つの強磁性層を含む固定層と、１つの強磁性層からなり前記自由層と前記固定層との間に設けられる１又は２以上のナノ接合部とを有し、前記ナノ接合部で連結される自由層と固定層との間隔が、平均自由行程以下であることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明によれば、１又は２以上のナノ接合部で連結される自由層と固定層との間隔が平均自由行程以下であり、さらに自由層と固定層とがそれぞれ少なくとも２層の強磁性層で形成されているので、ＢＭＲ効果により高感度の信号検出を行うことができると共に、その構成に由来する静磁エネルギーの低減作用と、端面に発現する静磁荷の発生を抑圧する作用とにより、磁区構造制御と磁気的安定性を確保することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
（ナノ接合部）
ナノ接合部１３は、スピン分極率が０．５以上の強磁性材料で形成されている。そうした強磁性材料としては、各種の強磁性材料を用いることが可能であるが、Ｆｅ（スピン分極率：０．５）、ＣｏＦｅ（スピン分極率：０．６〜０．８）、ＣｏＦｅＮｉ（スピン分極率：０．６〜０．８）等の強磁性金属群、ＣｒＯ２（スピン分極率：０．９〜１）等の強磁性半金属群、及びＦｅ３Ｏ４（スピン分極率：０．９〜１）等の強磁性酸化物群から選択される材料が好ましく用いられる。なお、特に好ましい強磁性材料としては、ＣｏＦｅを挙げることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
図２は、図１の磁気抵抗効果素子を構成するナノ接合部１３の拡大図である。本発明において、ナノ接合部１３の幅方向（積層方向に直交する方向）の長さｄ１は、平均自由行程以下の長さになっている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
このナノ接合部１３は、図１に示す磁気抵抗効果素子１０を平面視した場合の面内方向（面を構成する２次元方向）に現れる形状として、円形、楕円形、角形（三角形、四角形、等々）又はそれらに近似する形状で形成される。そのため、上記の幅方向の長さｄ１とは、言い換えれば、図１に示す磁気抵抗効果素子１０を平面視した場合における「ナノ接合部１３の面内方向の最大長さｄ１」と規定できる。従って、本発明においては、その最大長さｄ１が平均自由行程以下の長さになっている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
ナノ接合部１３の幅方向の長さｄ１は、平均自由行程以下であることが好ましい。平均自由行程は材料固有の値であり、ナノ接合部１３を形成する強磁性材料により異なるが、多くの強磁性材料は５ｎｍ〜１５ｎｍ程度であるので、「平均自由行程以下」とは、「１５ｎｍ以下」、乃至「５ｎｍ以下」と規定することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
一方、ナノ接合部１３で連結される自由層１１と固定層１２との間隔（すなわち、ナノ接合部１３の積層方向（高さ方向）の長さｄ２のことであり、図１及び図２を正面視した場合においては上下方向の長さのことである。）も、上記の幅方向の長さｄ１と同様に、平均自由行程以下であることが好ましい。具体的には上記と同様に「１５ｎｍ以下」、乃至「５ｎｍ以下」とすることができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
ナノ接合部１３の幅方向の長さｄ１及び積層方向の長さｄ２が平均自由行程を超えた寸法である場合は、磁化が反並行の場合にナノ接合部１３の磁壁は非常に厚くなり、そのナノ接合部１３を通過する電子はスピン情報を保つことが難しくなる。その結果として、磁化の方向の変化に起因した磁気抵抗効果が得られ難くなることがある。従って、本発明においては、その寸法がスピン情報をよく保つことができる点で効果のある平均自由行程以下であることが望ましい。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
ナノ接合部１３の幅方向の長さｄ１及び積層方向の長さｄ２が平均自由行程以下になると、そのナノ接合部１３が極薄磁壁の発生部となり、そのナノ接合部１３を挟む態様で設けられている自由層１１と固定層１２との間の相対的な磁化の配置関係を変化させることができる。これにより自由層１１と固定層１２との間の電気抵抗が変化する。本発明の磁気抵抗効果素子の場合、基本的に、磁場印加方向を変えても電気抵抗が磁場により減少する磁場領域が存在することから、ここで発生する磁気抵抗効果は、ナノ接合部１３の部分で形成された磁壁により発生する磁気抵抗効果であるといえる。ここで、ナノ接合部１３の磁壁は、磁化方向を異にする２つの部分（ナノ接合部１３を挟む２つの強磁性層２，５）の遷移領域として作用する。そして、本発明においては、磁化方向及び印加磁場の大きさに応じて５０％以上の大きな磁気抵抗効果が発生する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
すなわち、本発明の磁気抵抗効果素子１０においては、自由層１１と固定層１２との間に設けられるナノ接合部１３の幅方向の長さｄ１及び積層方向の長さｄ２が平均自由行程以下であり、さらに自由層１１と固定層１２とがそれぞれ少なくとも２層の強磁性層で形成されているので、ＢＭＲ効果により高感度の信号検出を行うことができると共に、その構成に由来する静磁エネルギーの低減作用と、端面に発現する静磁荷の発生を抑圧する作用とにより、磁区構造制御と磁気的安定性を確保することができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
１又は２以上のナノ接合部１３で結合される２つの強磁性層２，５とは、自由層１１のナノ接合部側に配置される強磁性層２と、固定層１２のナノ接合部側に配置される強磁性層５のことである。本発明においては、これらの強磁性層２，５がスピン分極率が０．５以上の強磁性材料で形成されている。そうした強磁性材料としては、各種の強磁性材料を用いることが可能であるが、上記のナノ接合部１３と同様の材料が好ましく用いられ、例えば、Ｆｅ（スピン分極率：０．５）、ＣｏＦｅ（スピン分極率：０．６〜０．８）、ＣｏＦｅＮｉ（スピン分極率：０．６〜０．８）等の強磁性金属群、ＣｒＯ２（スピン分極率：０．９〜１）等の強磁性半金属群、及びＦｅ３Ｏ４（スピン分極率：０．９〜１）等の強磁性酸化物群から選択される材料が好ましく用いられる。なお、特に好ましい強磁性材料としては、ＣｏＦｅを挙げることができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
図３（ａ）に示すように、２つの強磁性層１ａ，２ａが強磁性結合を呈する場合は、図４（ａ）のようにナノ接合部１３から離れた位置に配置される強磁性層１ａは軟磁性材料で形成され、ナノ接合部１３に隣接して設けられた強磁性層２ａは分極率の高い材料で形成される。こうした組合せで形成することにより、高感度と広い線形動作を確保することができるという効果がある。分極率の高い材料としては、前記したスピン分極率が０．５以上の各種の強磁性材料を用いることが可能であるが、ＣｏＦｅ等の材料が特に好ましく、通常０．５〜５ｎｍ程度の厚さで形成される。また、磁歪の小さい軟磁性材料としては、Ｎｉ，ＮｉＦｅが特に好ましく、通常０．５〜５ｎｍ程度の厚さで形成される。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
固定層１２を構成する強磁性層５，６としては、前記したスピン分極率が０．５以上の各種の強磁性材料を用いることが可能であるが、ＣｏＦｅ等の材料が特に好ましく用いられる。この場合において、２つの強磁性層５，６は、同一の材料で形成しても、異なる材料で形成してもよい。また、その厚さも、同じであっても異なっていてもよいが、通常２〜１０ｎｍ程度の厚さで形成される。これらの材料が同じであるか異なるものであるかについては、成膜プロセスについて若干影響するが、特に問題にはならない。